ДОЗОЗАЛЕЖНІ ЕФЕКТИ ВПЛИВУ ПОХІДНИХ ФОСФОНАТІВ ТА ІМІДАЗОЛІНОНІВ НА АКТИВНІСТЬ АНТИОКСИДАНТНИХ ФЕРМЕНТІВ КРОВІ РИБ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2025.02.231Ключові слова:
супероксиддисмутаза, каталаза, гербіциди, гліфосат, імідазолінони, рибиАнотація
Сучасна агроіндустрія активно застосовує пестициди, серед яких чільне місце посідають гербіциди на основі гліфосату (похідні фосфонатів) та імідазолінонів (імазамокс, імазапір). Ці речовини, потрапляючи у водні екосистеми внаслідок поверхневого змиву та дренажу, становлять глобальну екологічну проблему. Особливо гостро ця проблема постала в умовах військових дій в Україні, де руйнування агропромислових об'єктів призводить до неконтрольованих залпових викидів, здатних багаторазово перевищувати встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК), що спричиняє розвиток «нецільової токсичності» у гідробіонтів, найчастіше через індукцію оксидативного стресу. У даному дослідженні проведено порівняльний аналіз дозозалежних змін в активності ключових ензимів антиоксидантного захисту — супероксиддисмутази та каталази, а також рівня ТБК-активних продуктів пероксидного окиснення ліпідів, у крові риб за експозиції у воді з різними концентраціями гербіцидів Ураган Форте (гліфосат) та Євролайтинг (імідазолінони). Як модельний об'єкт було обрано карася сріблястого (Carassius gibelio), відомого своєю екологічною пластичністю та здатністю виживати в умовах високого забруднення. Експеримент тривав 7 діб, включаючи чотири тестові концентрації гербіцидів: 1 ГДК, 2 ГДК, 5 ГДК та 10 ГДК.
Отримані результати показали чітке дозозалежне зростання рівня ТБК-активних продуктів, що є прямим доказом розвитку окислювального стресу. Так, встановлено зростання концентрації ТБК-продуктів в сироватці крові за умов використання Євролайтингу вже в дозі 2 ГДК, у групі 10 ГДК зафіксовано максимальне значення, що перевищує контроль більш як удвічі. Визначені активності СОД і каталази у крові Carassius gibelio демонструють скоординовану роботу цієї ланки антиоксидантної системи у відповідь на вплив гербіцидів. При низьких і середніх концентраціях Євролайтингу та Гліфосату спостерігалося підвищення активності СОД, що відображає адаптивну реакцію на помірне підвищення оксидативного стресу. У цей же час активність каталази зростала або залишалася на рівні контролю, що узгоджується з реакцією на підвищення кількості H₂O₂ після дисмутації супероксиду. Однак при високих концентраціях відповідь ферментів принципово відрізнялася. Так, за дії 10 ГДК гліфосату відбувалося різке пригнічення активності СОД і каталази. Натомість вплив імідазолінонів викликав виражене зростання активності обох ферментів з досягненням максимальних значень при 10 ГДК. Таким чином, виявлені дозозалежні відмінності у реакції антиоксидантних ферментів вказують на особливості молекулярних механізмів токсичної дії різних класів гербіцидів, підкреслюючи необхідність одночасного використання кількох біомаркерів для комплексного екологічного моніторингу водойм.
Посилання
1. Costas-Ferreira, C., Durán, R., & Faro, L. R. F. (2022). Toxic Effects of Glyphosate on the Nervous System: A Systematic Review. International Journal of Molecular Sciences, 23(9), 4605. https://doi.org/10.3390/ijms23094605
2. FAO (2022). World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2022. Rome. https://doi.org/10.4060/cc2211en
3. Golombieski, J.I., Sutili, F.J., Salbego, J. et al. (2016). Imazapyr + imazapic herbicide determines acute toxicity in silver catfish Rhamdia quelen. Ecotoxicology and Environmental Safety, 128, 91–99. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.02.010
4. Hadwan, M., Najm, H. (2016). Data supporting the spectrophotometric method for the estimation of catalase activity. Data in Brief, 6, 194-199. https://doi.org/10.1016/j.dib.2015.12.012
5. Hussain R., Alam S., Farooq J., Afzal G., Iqbal R., Naz S., Mustafa G. and Mahmood Y. (2024). Potential of antioxidants-unleashing Natural Defense against oxidative stress in fish. In: Alvi MA, Rashid M, Zafar MA, Mughal MAS and Toor SI (eds), Complementary and Alternative Medicine: Immunization/Vaccinology. Unique Scientific Publishers, Faisalabad, Pakistan, pp: 530- 538. https://doi.org/10.47278/book.CAM/2024.462
6. Jin J, Kurobe T, Ramírez-Duarte WF, Bolotaolo MB, Lam CH, Pandey PK, Hung TC, Stillway ME, Zweig L, Caudill J, Lin L, Teh SJ. (2018) Sub-lethal effects of herbicides penoxsulam, imazamox, fluridone and glyphosate on Delta Smelt (Hypomesus transpacificus). Aquat Toxicol, Apr;197, 79-88 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2018.01.019
7. Kumar, N., Singh, D.K., Chandan, N.K. et al. (2023). Nano zinc enhances gene regulation of non specific immunity and antioxidative status to mitigate multiple stresses in fish. Sci Rep, 13, 5015. https://doi.org/10.1038/s41598-023-32296-y.
8. Lushchak, V. I., Matviishyn, T. M., Husak, V. V., Storey, J. M., & Storey, K. B. (2018). Pesticide toxicity: A mechanistic approach. EXCLI Journal, 17, 1101–1136. https://doi.org/10.17179/excli2018-1710
9. Ma, J., Zhu, J., Wang, W., Ruan, P., Rajeshkumar, S., & Li, X. (2019). Biochemical and molecular impacts of glyphosate-based herbicide on the gills of common carp (Cyprinus carpio). Environmental Pollution, 252, 1288–1300. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.06.040
10. Mertens, M., Höss, S., Neumann, G. et al. (2018). Glyphosate, a chelating agent-relevant for ecological risk assessment? Environ Sci Pollut Res, 25, 5298–5317. https://doi.org/10.1007/s11356-017-1080-1
11. Ohkawa, H., Ohishi, N., & Yagi, K. (1979). Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Analytical Biochemistry, 95(2), 351–358. https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90738-3
12. Santana, M. S., Domingues de Melo, G., Sandrini-Neto, L., Di Domenico, M., & Prodocimo, M. M. (2022). A meta-analytic review of fish antioxidant defense and biotransformation systems following pesticide exposure. Chemosphere, 291, 132730. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132730
13. Sharma A., Kumar V., Shahzad B. et al. (2019) Worldwide pesticide usage and its impacts on ecosystem. SN Applied Sciences. 1. 1–16. https://doi.org/10.1007/s42452-019-1485-1
14. Shumilova, O., Tockner, K., Sukhodolov, A., & others. (2023). Impact of the Russia–Ukraine armed conflict on water resources and water infrastructure. Nature Sustainability, 6, 578–586. https://doi.org/10.1038/s41893-023-01068-x
15. Solokha, M., Demyanyuk, O., Symochko, L., Mazur, S., Vynokurova, N., & Sementsova, K. (2024). Soil degradation and contamination due to armed conflict in Ukraine. Land, 13(10), 1614. https://doi.org/10.3390/land13101614
16. Sun, M., Zigman, S. (1978). An improved spectrophotometric assay for superoxide dismutase based on epinephrine autoxidation. Analytical biochemistry, 90(1), 81–89. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90010-6
17. Weeks Santos S., Gonzalez P., Cormier B., Mazzella N., Bonnaud B., Morin S., Clérandeau C., Morin B., Cachot J. A (2019) Glyphosate-based herbicide induces sub-lethal effects in early life stages and liver cell line of rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. Aquat Toxicol, 216.105291. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2019.105291
